[發(fā)明專利]多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)功率提升策略

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980053939.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112567128A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·達(dá)爾斯高
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): F03D7/02
• 分類號(hào): F03D7/02;F03D1/02;F03D17/00;F03D7/04
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

本發(fā)明涉及包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)的操作。每個(gè)轉(zhuǎn)子具有額定容量。該方法包括：監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的功率輸出；檢測(cè)轉(zhuǎn)子中的至少第一轉(zhuǎn)子的功率輸出在其額定容量以下；檢測(cè)轉(zhuǎn)子中的至少第二轉(zhuǎn)子的功率輸出處于其額定容量；以及控制第二轉(zhuǎn)子的操作，以暫時(shí)將其功率輸出增大到其額定容量以上的值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種操作多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。本發(fā)明還涉及一種多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)

在風(fēng)力渦輪機(jī)中，來(lái)自風(fēng)的動(dòng)能通過(guò)通常經(jīng)由齒輪箱聯(lián)接到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成電能。功率轉(zhuǎn)換器(也稱為“轉(zhuǎn)換器”)將發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換為適合輸送到電網(wǎng)的電功率。風(fēng)力渦輪機(jī)的重要參數(shù)是其年度發(fā)電量(AEP)。風(fēng)力渦輪機(jī)的AEP取決于一年中的風(fēng)速以及發(fā)電機(jī)能夠在持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)輸送的最大功率輸出。該最大功率輸出通常稱為額定功率。達(dá)到額定輸出功率的風(fēng)速被稱為額定風(fēng)速。在額定風(fēng)速以下的風(fēng)速下，風(fēng)力渦輪機(jī)將以其最大效率操作。在額定風(fēng)速以上的風(fēng)速下，通常將轉(zhuǎn)子速度控制在恒定參考值附近，同時(shí)將功率輸出保持在額定功率水平，以避免損壞風(fēng)力渦輪機(jī)的各個(gè)部件。在較高的風(fēng)速下不限制上述轉(zhuǎn)子速度將例如導(dǎo)致發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)換器過(guò)熱。

許多現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)可以在功率提升模式下操作，在該模式下，暫時(shí)允許功率輸出超過(guò)功率額定值。通常在風(fēng)力渦輪機(jī)在額定功率以下操作并且風(fēng)速回到額定速度以上時(shí)啟動(dòng)功率提升。在正確的情況下，功率提升可以補(bǔ)償在風(fēng)速在額定速度以下的時(shí)間段中“損失”的功率。在功率提升期間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子槳距以提高轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，將渦輪機(jī)的標(biāo)稱功率輸出增大至多5％左右。為了不損壞轉(zhuǎn)子，功率提升僅在例如20-60秒的短時(shí)間段內(nèi)起作用。在功率提升之后，恢復(fù)時(shí)段允許例如發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器冷卻至正常操作溫度。

其中描述了功率提升控制策略的各方面的兩個(gè)示例性專利申請(qǐng)是WO 2017059862 A1和WO 2016 206698 A1。在前者中，使用模型預(yù)測(cè)控制來(lái)控制功率提升功能的使用。在后者中，使用一種用于在不影響操作安全性的情況下優(yōu)化來(lái)自功率提升的功率增益的控制過(guò)程。

風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)的另一最新發(fā)展是建造多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)，其中一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)塔架承載多個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子。單獨(dú)的轉(zhuǎn)子可以設(shè)置在從風(fēng)力渦輪機(jī)塔架伸出的臂的外端，但是具有或不具有中央風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是可能的。在下文中，術(shù)語(yǔ)“轉(zhuǎn)子”將如本技術(shù)領(lǐng)域中通常的那樣不僅用于指代轉(zhuǎn)子葉片和轉(zhuǎn)子輪轂的組合，而且還用于指代將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的全功率生產(chǎn)單元或系統(tǒng)。單轉(zhuǎn)子和多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)可以作為獨(dú)立發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作，也可以在較大的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)中操作。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的通過(guò)提供一種操作多轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括風(fēng)力渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)以及包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子的一組風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子中的至少一個(gè)位于遠(yuǎn)離所述風(fēng)力渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的中心縱向軸線的位置，每個(gè)轉(zhuǎn)子具有額定容量(rated capacity)。所述方法包括以下步驟：監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的功率輸出；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子中的至少第一轉(zhuǎn)子的功率輸出在其額定容量以下；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子中的至少第二轉(zhuǎn)子的功率輸出處于其額定容量；以及控制所述第二轉(zhuǎn)子的操作，以暫時(shí)將其功率輸出增大到其額定容量以上的值。

在單轉(zhuǎn)子風(fēng)力渦輪機(jī)中，只有在風(fēng)速再次回到額定速度以上之后，才能通過(guò)功率提升來(lái)補(bǔ)償在風(fēng)速突然下降期間損失的功率。盡管風(fēng)力渦輪機(jī)的平均功率輸出仍將處于額定功率輸出或在額定功率輸出以下，但在功率提升期間，它將在額定功率輸出以上。由此在動(dòng)力總成和功率電子器件上增加的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力可能仍然對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的耐久性具有(小的)有害影響，并且波動(dòng)的功率輸出對(duì)于連接到電網(wǎng)可能不是最佳的。